(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作部材と、
発光部と、
前記発光部との間に光経路を形成する受光部と、
前記光経路に挿入され、前記発光部から前記受光部に入力される光量を前記操作部材の操作位置に対応して制御する光量制御部材と、
前記受光部が受光した光量に基づいて前記操作部材の操作位置を検出する操作位置検出手段とを備え、
前記光量制御部材による光量制御量が前記操作部材の操作位置の変化に対応して同一方向に段階的に変化する１つの光量制御パターンを、前記光量制御部材が有し、
前記操作位置検出手段は、前記受光部が受光した光量が段階的に変化したときに前記操作部材の操作位置が従前の操作位置区間から隣接する他の操作区間に移行したと判断するとともに、該光量が増加したか減少したかによって該操作位置が従前の操作位置区間から隣接するいずれの操作区間に移行したかを判断する判断手段を有する電子楽器の操作位置検出装置において、
前記操作位置検出手段により前記操作部材の操作位置が所定の操作位置区間を通過する際の経過時間を計測することで、前記操作部材の操作速度を検出する操作速度検出手段と、
前記操作速度検出手段の検出結果に基づいて、楽音の生成を制御する制御情報を生成する制御情報生成手段とを、
備え、前記制御情報生成手段は、前記操作部材が前記所定の操作位置区間の所定の側に隣接する隣接操作区間をさらに超えた操作位置から、前記隣接区間を経て前記所定の操作位置区間を通過したか否かに応じて、異なった前記制御情報を前記操作速度検出手段の検出結果に基づき生成することを特徴とする操作位置検出装置。
【請求項２】
操作部材と、
発光部と、
前記発光部との間に光経路を形成する受光部と、
前記光経路に挿入され、前記発光部から前記受光部に入力される光量を前記操作部材の操作位置に対応して制御する光量制御部材と、
前記受光部が受光した光量に基づいて前記操作部材の操作位置を検出する操作位置検出手段とを、
備え、
前記操作部材の操作位置の所定の方向への変化に対応して、前記操作位置が少なくとも１つの所定の操作位置区間内にある場合には、前記光量制御部材による光量制御量が、第１の方向に連続的あるいは概連続的に変化するとともに、該操作位置が前記所定の操作位置区間外から前記所定の操作区間内に入る場合および該操作位置が前記所定の操作位置区間内から前記所定の操作区間外に出る場合には、前記光量制御部材による光量制御量が、前記第１の方向とは逆の第２の方向に不連続に変化する１つの光量制御パターンを、前記光量制御部材が、有し、
前記操作位置検出手段は、前記受光部が受光した光量が所定の値以上変化したときに前記操作部材の操作位置が前記所定の操作位置区間外から前記所定の操作区間内に入ったあるいは該操作位置が前記所定の操作位置区間内から前記所定の操作区間外に出たと判断する判断手段を有するとともに、前記受光部が受光した光量が所定の値以上変化していないときに前記操作部材の前記所定の操作位置区間内の操作位置を検出する電子楽器の操作位置検出装置において、
前記操作位置検出手段により前記操作部材の操作位置が所定の操作位置区間を通過する際の経過時間を計測することで、前記操作部材の操作速度を検出する操作速度検出手段と、
前記操作速度検出手段の検出結果に基づいて、楽音の生成を制御する制御情報を生成する制御情報生成手段とを、
備え、前記制御情報生成手段は、前記操作部材が前記所定の操作位置区間の所定の側に隣接する隣接操作区間をさらに超えた操作位置から、前記隣接区間を経て前記所定の操作位置区間を通過したか否かに応じて、異なった前記制御情報を前記操作速度検出手段の検出結果に基づき生成することを特徴とする操作位置検出装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鍵などの操作部材の操作位置を正確に検出する電子楽器の操作位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子楽器の鍵操作検出装置においては、安価なものは鍵に装着された２個以上のスイッチが開閉する時間差を計測することで押鍵速度を検出している。図１２に示す従来の電子楽器では鍵スイッチのコモン１０３がコンタクト１０１、コンタクト１０２間を通過する時間を測定することで押鍵速度を検出している。
【０００３】
また、従来の高価な鍵操作検出装置では鍵の操作に対応して圧力や磁気の強さ、光の反射、透過量を変化させて各種センサによりこれらの変化を測定して押鍵速度、強さを検出していた。特許文献１には、発光素子と受光素子の間に鍵の操作位置の変化に応じて透過光量が連続的に変化するスリットを設け、受光素子が検知する光に基づいて鍵の操作位置を検出する装置が開示されている。特許文献１に記載の装置では、鍵の２つの操作位置に対応して２つの閾光量を設定し、受光素子が検知する光量がこれらの閾光量を通過する際の時間を計測することで押鍵速度を得ている。
【０００４】
特許文献２には、発光素子および受光素子からなる組を鍵の２つの操作位置に対応してそれぞれ設けるとともに、２組の発光素子と受光素子の間に鍵の操作に対応して移動するシャッタを設け、それぞれの受光素子が検知する光に基づいて鍵が２つの操作位置を通過する際の時間を計測することで押鍵速度を得る装置が開示されている。
【０００５】
特許文献３には図１３および図１４に示されるように鍵に取り付けられた大小２個のスリットａおよびスリットｂを持つシャッタ１００を発光素子４００、受光素子５００の間隙内を上下させて、これら２個のスリットを通過する光量が異なることにより上下のスリットを区別し、受光素子５００が受光する光に基づいて鍵の押下位置を検知して、鍵が２つの押下位置を通過する際の時間を計測することで押鍵速度を検出する装置が開示されている。
【０００６】
特許文献４には、発光素子および受光素子からなる組を並列的に２組設けるとともに、第１の組の発光素子と受光素子の間には鍵の操作位置の変化に応じて連続的に透過光量が変化するシャッタを設け、第２の組の発光素子と受光素子の間には鍵の２つの操作位置でのみ光を透過させるシャッタを設け、第２の組の受光素子が光を検知する際の第１の組の受光素子が検知する光量に基づいて第１の組の受光素子の検知する光量と鍵の操作位置との対応関係を定めて、第１の組の受光素子の検知する光量から鍵の操作位置を得る装置が開示されている。また、特許文献４に記載された装置では、発光素子からの光を光ファイバおよびレンズを介してシャッタに導くとともに、シャッタを透過した光をレンズおよび光ファイバを介して受光センサに導くようになっている。また、特許文献４の図２には、発光素子からの光が発光素子側のレンズによって広げられ一定の広がりを有する平行光とされてシャッタに導かれ、シャッタを透過した平行光が受光素子側のレンズによって受光側の光ファイバに集光される様子が示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２６９８３号公報
【特許文献２】特開昭６３−８１３９７号公報
【特許文献３】特開昭６２−２３２５７２号公報
【特許文献４】特開２００６−２０１７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
スイッチの開閉による方式ではスイッチの弾力による反発力が必要以上に鍵に作用したり、長時間の使用後はスイッチの接点の磨耗や変形によって押鍵速度が正確に測定できない場合がある。
【０００９】
また光や磁気などの連続量の変化の検出による方法は非接触で磨耗はないが、センサの個体間のバラツキ、温度変化などで鍵の正確な位置や速度が測定できるとはかぎらない。特許文献１に記載されている装置では、発光素子の発光量や受光素子の受光感度が個体によってばらついたり、温度変化の影響などを受けた場合には、設計者が意図したのとは異なる操作位置で押鍵速度を求めてしまうことがある。特許文献２に記載されている装置では、鍵が２つの操作位置を通過する際のタイミングを正確に求めることができるが、発光素子、受光素子を１つの鍵に対して２組備える必要があり構成が複雑になる。
【００１０】
特許文献３に記載されている装置では、発光素子、受光素子のバラツキや温度変化の影響を最小にしようという工夫がある。しかしながら以下にのべるように、スリットの位置の分解能が有限であるため通過する光量が不確定となり誤検出が発生する。特許文献３には押鍵、離鍵に応じてスリットを通過する光量が図１５に示すように変化する様子が示されている。押鍵に従って小さなパルスａに続いて大きなパルスｂが発生する。このパルスａ、パルスｂ間の時間差を測定して押鍵速度に変換する。続いて離鍵に従って再び大きなパルスｂが発生しさらに小さなパルスａが続いて、元に復帰する。
【００１１】
しかしながらスリットを通過する光束は広がりを有しているので実際の光量の変化は図１６に示すように分散によって立ち上がり下がりが、なだらかな山、谷になって連なる。このような受光素子の出力では光束が大きい方のスリットｂの上または下の縁を中腹まで行き来すると、光束が小さいスリットａを通過したときと同じような光量の変化をしてしまう。図１７はシャッタ１のスリットを拡大して示し、図１８、図１９は該シャッタ１に対して相対的に動く受光素子５の動きを示している。図１８の左端の上向き矢印１は鍵がフルストロークで下死点まで到達し、次の矢印２は鍵が折り返して受光素子５がスリットｂを通過し、次の矢印３は鍵が初期位置方向に向かわず、再び下死点方向に戻ろうとしている。次の矢印４は受光素子５がスリットｂの山を越えることなく中腹で引き返している。このような経路を通ると図２０の左端から４個のパルスで示すように、パルスａ、パルスｂ、パルスｂ、パルスａという光量変化が発生する。これは鍵がフルストロークで下死点まで到達した後に、初期位置まで戻った場合の図１６に示す光量変化と同じである。さらに受光素子５が矢印５，矢印６，矢印７とスリットｂの上縁をさまようと図２０の続くパルスに示すように鍵が２回続けて押下された状態と同じになってしまう。図１９は受光素子５がスリットｂの上縁で山頂までをさまよった場合の例である。このような状態は鍵のバウンシングや演奏者の手によってしばしば引き起こされる。この問題はスリットとセンサの分解能の劣化によって操作位置に対するセンサ出力が頂点で対称になっていることに起因する。
【００１２】
特許文献４に記載されている装置では、発光素子、受光素子を１つの鍵に対して２組備える必要があり構成が複雑になる。また、特許文献４に記載されている装置では、発光素子側のレンズおよび受光素子側のレンズのいずれもその焦点がシャッタ上にはなく、発光素子からシャッタ上に投影される光点は一定の広がりを持ったものとされているとともに、シャッタ上の一定の広がりを持った光点の光が受光素子に導かれる。従って、鍵がシャッタの透過光量が最大から最小、あるいは最小から最大に急激に変化する境界を通過したとしても、その際に受光素子に導かれる光の光量はなだらかに変化してしまい、操作位置の検出精度が高くなく、正確な操作位置を求めるのが困難となる。
【００１３】
電子楽器の市場においてはかかる問題を解決して正確で長寿命、表現力の優れた安価な操作位置検出装置が求められている。本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、鍵などの操作部材の操作位置を正確に検出する電子楽器の操作位置検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、請求項１記載の電子楽器の操作位置検出装置は、操作部材と、発光部と、前記発光部との間に光経路を形成する受光部と、前記光経路に挿入され、前記発光部から前記受光部に入力される光量を前記操作部材の操作位置に対応して制御する光量制御部材と、前記受光部が受光した光量に基づいて前記操作部材の操作位置を検出する操作位置検出手段とを備え、前記光量制御部材による光量制御量が前記操作部材の操作位置の変化に対応して同一方向に段階的に変化する１つの光量制御パターンを、前記光量制御部材が有し、前記操作位置検出手段は、前記受光部が受光した光量が段階的に変化したときに前記操作部材の操作位置が従前の操作位置区間から隣接する他の操作区間に移行したと判断するとともに、該光量が増加したか減少したかによって該操作位置が従前の操作位置区間から隣接するいずれの操作区間に移行したかを判断する判断手段を有している。さらに、この電子楽器の操作位置検出装置は、前記操作位置検出手段により前記操作部材の操作位置が所定の操作位置区間を通過する際の経過時間を計測することで、前記操作部材の操作速度を検出する操作速度検出手段と、  前記操作速度検出手段の検出結果に基づいて、楽音の生成を制御する制御情報を生成する制御情報生成手段とを、備え、前記制御情報生成手段は、前記操作部材が前記所定の操作位置区間の所定の側に隣接する隣接操作区間をさらに超えた操作位置から、前記隣接区間を経て前記所定の操作位置区間を通過したか否かに応じて、異なった前記制御情報を前記操作速度検出手段の検出結果に基づき生成する。
【００１５】
請求項２記載の電子楽器の操作位置検出装置は、操作部材と、発光部と、前記発光部との間に光経路を形成する受光部と、前記光経路に挿入され、前記発光部から前記受光部に入力される光量を前記操作部材の操作位置に対応して制御する光量制御部材と、前記受光部が受光した光量に基づいて前記操作部材の操作位置を検出する操作位置検出手段とを、備え、前記操作部材の操作位置の所定の方向への変化に対応して、前記操作位置が少なくとも１つの所定の操作位置区間内にある場合には、前記光量制御部材による光量制御量が、第１の方向に連続的あるいは概連続的に変化するとともに、該操作位置が前記所定の操作位置区間外から前記所定の操作区間内に入る場合および該操作位置が前記所定の操作位置区間内から前記所定の操作区間外に出る場合には、前記光量制御部材による光量制御量が、前記第１の方向とは逆の第２の方向に不連続に変化する１つの光量制御パターンを、前記光量制御部材が、有し、前記操作位置検出手段は、前記受光部が受光した光量が所定の値以上変化したときに前記操作部材の操作位置が前記所定の操作位置区間外から前記所定の操作区間内に入ったあるいは該操作位置が前記所定の操作位置区間内から前記所定の操作区間外に出たと判断する判断手段を有するとともに、前記受光部が受光した光量が所定の値以上変化していないときに前記操作部材の前記所定の操作位置区間内の操作位置を検出する。この電子楽器の操作位置検出装置は、前記操作位置検出手段により前記操作部材の操作位置が所定の操作位置区間を通過する際の経過時間を計測することで、前記操作部材の操作速度を検出する操作速度検出手段と、前記操作速度検出手段の検出結果に基づいて、楽音の生成を制御する制御情報を生成する制御情報生成手段とを、備え、前記制御情報生成手段は、前記操作部材が前記所定の操作位置区間の所定の側に隣接する隣接操作区間をさらに超えた操作位置から、前記隣接区間を経て前記所定の操作位置区間を通過したか否かに応じて、異なった前記制御情報を前記操作速度検出手段の検出結果に基づき生成する。
【００２０】
前記光量制御部材は、光の透過量を制御するものとすることもできるし、光の反射量を制御するものとすることもできる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に記載の装置によれば、光量が増加方向に段階的に変化するか、減少方向に段階的に変化するかで鍵などの操作部材の操作方向が確実に判断でき、光量が段階的に変化したことを検出することで操作部材が所定の操作位置を通過するタイミングを正確に求めることができる。
【００２２】
請求項２に記載の装置によれば、光量が所定の値を超えて変化したことを検出することで鍵などの操作部材が所定の操作位置を通過するタイミングを正確に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２８】
図１は本発明が適用された電子楽器の操作位置検出装置における鍵、発光素子、受光素子およびシャッタの関係を示す図である。図１では代表として１つの鍵、鍵１に発光素子４と受光素子５が鍵１に取り付けられたシャッタ６を挟んで鍵盤基部に固定されている様子を示している。２は鍵１が回動する軸、３は鍵の回動を規制するストッパである。受光素子５は発光素子４の光軸に対向する位置に配置されている。発光素子４、受光素子５はその前部にレンズ４−１および５−１がそれぞれ配置され、それぞれの焦点は図２に示すようにシャッタ６の透過膜上に調整されている。すなわち、発光素子４から受光素子５の光経路に光量制御部材としてのシャッタ６の透過膜が挿入されている。シャッタ６の透過膜の透明度が図３に示すように段階的にａ、ｂ、ｃ、ｄのように変化している場合、この様な構造でシャッタ６が鍵に連動して上下すると受光素子５の電流は、ほぼ図５に示すように段階的に変化する。シャッタ６の透過膜の透明度が図４に示すように、階段が複数繰り返して配置されている場合の受光素子５の電流変化は図６のように階段が繰り返し連接する。図示していないが、透過膜の透明度が連続的に増大してゆき、急速に減少する変化を繰り返すシャッタの場合には、受光素子５の電流は図７に示すように頂点に不連続点を持つ鋸歯状波となる。
【００２９】
なお、図５、図６および図７に区間ａ区間ｂ、区間ｃ、区間ｄと示される各区間の長さ、すなわち光量が急激に変化する境界に挟まれる、それぞれの区間の長さは楽音の種類などにより、押鍵の物理的な区間に最適に対応させてもよく、等間隔である必要はない。
【００３０】
このようにシャッタを通過する光量が押鍵の深さに応じて急激に変化する境界を設けることで、光量が急激に変化するのに応じて押鍵が境界に対応する深さを通過したことを検出することができる。光量の急激な変化に基づいて押鍵の深さを検出するため、発光素子４の発光量や受光素子５の感度に、個体差や温度変動があっても正確に押鍵の位置を検出することができる。それぞれのシャッタの特長については後に詳解する。
【００３１】
この光量が急激に変化する境界で受光素子５の出力は急激に変化するが、特に受光素子５のレンズ５−１の焦点がシャッタ６の透過膜上に正確に合っているほど受光素子５が受光する透過膜上の光点が小さくなるので、変化の鋭さ、つまりシャッタの上下移動の際の位置の検出精度は向上する。レンズは球面より透過膜の不連続な境界線と並行に設置されたバーコード読み取り用の円筒型の方が光量を大きく取れる。また、発光素子４のレンズ４−１の焦点をシャッタ６の透過膜上に合わせることで透過膜上に投影される光点を小さくできるため位置の検出精度をさらに高めることができる。また、発光素子４にレンズ４−１を設けることで、発光素子からの光を集光して透過膜上に投影することができるので、発光素子自体の光量を抑えることができる。このため、発光素子の消費電力を節約でき、発光素子の寿命を延ばすことができる。
【００３２】
このように押鍵の深さを段階的、量子的に正確に定める、つまり押鍵の特定の深さが正確に特定できるなら従来のスイッチ方式のように、押鍵の特定の深さの間の経過時間を計測して押鍵の速度を正確に検出することができる。次に位置、速度の検出の過程を簡単に説明する。
【００３３】
図８は本発明が適用された電子楽器の操作位置検出装置における電気的構成を示したブロック図である。図８に示す発光素子４，受光素子５，シャッタ６は図１および図２に示した発光素子４，受光素子５，シャッタ６に対応するものである。マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）１２は所定時間毎にクロックを計数するクロック計数１３およびデータを一時記憶するメモリ１４、後述する図９に示す変換テーブルおよびプログラムを記憶する図示しないメモリを内蔵している。
【００３４】
マイクロプロセッサ１２はＡ／Ｄコンバータ１０を介して受光素子５の出力の変化を取り込んで、適当な補正や調整をして音源１５に発音、消音、楽音制御などの指令を発行し、Ｄ／Ａコンバータ１１に発光素子４の光量を制御する信号を出力して発光素子４の明るさを調整する。受光素子５の出力を測定するＡ／Ｄコンバータ１０はシャッタ６の透過度の段階よりは十分な分解能を持っているとする。前記Ｄ／Ａコンバータ１１の出力は発光素子４が適当な光量になる一定値に設定されているとする。
【００３５】
押鍵に応じて透過膜を通過する光束が前述した区間と区間の間の境界を通過する際にＡ／Ｄコンバータ１０を介して検出される受光素子５の出力が急激に変化する。この場合、受光素子５から見て透過膜に焦点が合っているほど変化は急速で区間と区間の間の境界を正確に弁別できるのは先に述べたとおりである。
【００３６】
マイクロプロセッサ１２は受光素子５に接続されたＡ／Ｄコンバータ１０の出力を所定のサンプリング周期で監視し、前述のように急激な変化があればこの時点に押鍵深さ前述した境界に対応した所定の深さを通過したとみなす。サンプリング時間間隔での差分値が、所定の値を超えた場合に急激な変化があったと弁別すればよい。所定の値とはシャッタ透過膜の透明度の段階変化を十分に識別できる閾値である。なお、図３に示す透過度が段階状にのみ変化する透過膜の場合にはＡ／Ｄコンバータ１０の出力が各透過度の境界に対応するレベルを横切ったことをもって段階が変化したとみなすこともできる。ただし、透過度の段階数が多い場合、すなわち各透過度の境界のレベルの差異が小さい場合には発光素子４の光量、受光素子５の感度のバラツキによっては誤動作することがあるので、この方法は透過度の段階数があまり多くない場合に限られる。また、サンプリング周期はＡ／Ｄコンバータ１０の出力が急激に変化したことを検出でき、かつ、最大速度で押鍵した場合でも光束が透過膜の各区間を順次移行していくことが検出できる範囲とされている。
【００３７】
マイクロプロセッサ１２は押鍵によって境界が通過した深さが押鍵開始位置である場合には押鍵されたと感知し、クロック計数１３にクロックの計数を開始させる。マイクロプロセッサ１２は、押鍵深さが各境界を通過する度にクロック計数１３のクロック計数値を記憶しておき、押鍵深さが次の境界を通過する際のクロック計数１３のクロック計数値と１つ前の境界で記憶したクロック計数値との差分値からそれらの境界に挟まれた区間を押鍵深さが通過する際の通過時間を求めることができ、この通過時間から押鍵速度を求めることができる。最初に通過した区間を通過する際の通過時間から押鍵の初期速度を計算してもよいが、続く区間の通過時間から最終速度を求めるために、この時点の計数値を一時記憶しておく。マイクロプロセッサ１２は、押鍵によって境界が押鍵速度検出区間を通過した際に、その区間の通過時間から変換テーブルを参照して最終の押鍵速度に変換する。
【００３８】
次に図３の示す階段状のシャッタを使用した場合、すなわち押鍵の深さが増すに従ってシャッタ６の透過膜の透明度が同一方向に段階的に変化する場合に、マイクロプロセッサ１２によって実行される処理を図１０に示すフローチャートに従って詳述する。この処理は電子楽器の電源が入れられることにより開始され、以降電源が切られるまで行なわれる。初期状態では鍵が未だ押下されていないものとする。押鍵しない状態ではシャッタ６の透過膜を通過する光束は図３のａの区間にあり、透過度０で、受光素子５の出力は最小値となっている。
【００３９】
ステップＳ１ではＡ／Ｄコンバータ１０の出力と前回の出力との差分値が所定の閾値を超えて増大したか否かを判断し、所定の閾値を超えて増大した場合にはステップＳ２に進み、所定の閾値を超えて増大していない場合には再びステップＳ１を行なう。なお図１０に示す処理では、ステップＳ１のようにＡ／Ｄコンバータ１０の出力を読み取る処理では、前回Ａ／Ｄコンバータ１０の出力を読み取る処理を行ってからの経過時間が所定のサンプリング周期に対応する待ち時間が時間を越えたときに新たにＡ／Ｄコンバータ１０の出力を読み取る処理を行うようにされているものとする。このようにすることでＡ／Ｄコンバータ１０の出力に対する判断は所定のサンプリング周期毎に行なわれる。また図１０に示す処理では、ステップＳ１のようにＡ／Ｄコンバータ１０の出力を読み取る処理では、その時点で読み取った値を記憶しておき、その次にＡ／Ｄコンバータ１０の出力を読み取る処理を行う際に前回の値と最新の値との差分値を求めるのに使用する。なお、電源投入時にＡ／Ｄコンバータ１０の前回の出力値は、押鍵していない状態でのＡ／Ｄコンバータ１０の出力値と同じ値に初期化されているものとする。
【００４０】
初期状態では光束はシャッタの透過膜の区間ａ内にあるため、ステップＳ１でＡ／Ｄコンバータ１０の出力の前回との差分値が所定の閾値を超えて増大したと判断したことは、鍵の押下位置が深くなり光束がシャッタの透過膜の区間ａ、区間ｂの境界を越えて区間ｂに入ったことを意味する。ステップＳ２では押鍵開始のフラグＫｅｙ  ＯＮを１にし、その時点からクロック計数１３のクロック計数を開始する。ステップＳ２が終了したらステップＳ３に進む。
【００４１】
ステップＳ３では引き続きＡ／Ｄコンバータ１０の値を監視し、Ａ／Ｄコンバータ１０の出力と前回の出力との差分値が所定の閾値を超えて増大したか否かを判断する。この時点では光束はシャッタの透過膜の区間ｂ上にあったため、Ａ／Ｄコンバータ１０の出力と前回の出力との差分値が所定の閾値を超えて増大したことは、鍵が更に深く押されて、光束がシャッタの透過膜の区間ｂ、区間ｃの境界を越えて区間ｃに入ったことを意味する。ステップＳ３において光束がシャッタの透過膜の区間ｂ、区間ｃの境界を越えたと判断した場合にはステップＳ５に進み、超えたと判断しなかった場合にはステップＳ４に進む。
【００４２】
ステップＳ４ではＡ／Ｄコンバータ１０の出力と前回の出力との差分値が所定の閾値を超えて減少したか否かを判断し、所定の閾値を超えて減少した場合にはステップＳ１に戻り、所定の閾値を超えて減少していない場合にはステップＳ３に戻る。ステップＳ４でＡ／Ｄコンバータ１０の出力の差分値が所定の閾値を超えて減少したとことは、鍵の押下位置が浅くなり光束がシャッタの透過膜の区間ｂ、区間ａの境界を越えて区間ａに戻ったことを意味する。
【００４３】
ステップＳ５では光束が透過膜の区間ｂ、区間ｃの境界を越えた時点のクロック計数値をメモリの１番地に記憶し、ステップＳ６に進む。なお、この光束が透過膜の区間ｂの通過時間で押鍵の初期速度を求めることもできるが、説明の簡略化のため省略する。
【００４４】
ステップＳ６ではＡ／Ｄコンバータ１０の出力と前回の出力との差分値が所定の閾値を超えて増大したか否かを判断する。この時点では光束はシャッタの透過膜の区間ｃ内にあったため、Ａ／Ｄコンバータ１０の出力と前回の出力との差分値が所定の閾値を超えて増大したことは、鍵が更に深く押されて、光束がシャッタの透過膜の区間ｃ、区間ｄの境界を越えて区間ｄに入ったことを意味する。ステップＳ６において光束がシャッタの透過膜の区間ｃ、区間ｄの境界を越えたと判断した場合にはステップＳ８に進み、超えたと判断しなかった場合にはステップＳ７に進む。この光束が透過膜の区間ｃを光束が通過する時間で押鍵の最終速度を求めることになる。
【００４５】
ステップＳ７ではＡ／Ｄコンバータ１０の出力と前回の出力との差分値が所定の閾値を超えて減少したか否かを判断し、所定の閾値を超えて減少した場合にはステップＳ３に戻り、所定の閾値を超えて減少していない場合にはステップＳ６に戻る。ステップＳ７でＡ／Ｄコンバータ１０の出力が所定の閾値を超えて減少したとことは、鍵の押下位置が浅くなり光束がシャッタの透過膜の区間ｃ、区間ｂの境界を越えて区間ｂに入ったことを意味する。
【００４６】
ステップＳ８では光束が透過膜の区間ｃ、区間ｄの境界を越えた時点のクロック計数値をメモリの２番地に記憶しステップＳ９に進む。ステップＳ９、ステップＳ１０、ステップＳ１１、ステップＳ１２は光束が透過膜の区間ｃを通過する時間から押鍵の最終速度を求める処理である。ステップＳ９ではメモリの２番地に保存された区間ｃの終端でのクロック計数値からメモリの１番地に記憶されていた区間ｃの始点でのクロック計数値を減算し、差分値を求める。求めたクロック計数の差分値に基づいて、図９に示す区間計数差分値を押鍵速度（音の強さ）に変換する変換テーブルを参照して計数差分値を音の強さに変換することになるが、変換テーブルには単打用と連打用の２種類が用意されている。ステップＳ１０では、押鍵が単打なのか連打なのかの判定を行なう。同じ鍵を高速で連打すると、光束がシャッタ区間ａに復帰することなく、繰り返し区間ｂと区間ｄの間を往復する。従って連打の場合は光束が区間ａに復帰してから押鍵される単打とは異なった特性の変換テーブルを参照する必要がある。なお連打、単打の分岐にはステップＳ２で１にしたＫｅｙ  ＯＮフラグを判定すればよい。なお、図９には２種類の変換テーブルのうち単打テーブルのみを代表して図示している。ステップＳ１０によって押鍵が単打と判断した場合にはステップＳ１１に進み、連打と判断した場合にはステップＳ１３に進む。
【００４７】
ステップＳ１１では前記区間計数差分値を単打の変換テーブルを参照してＭＩＤＩなどの強弱データに変換しステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では単打を指定していたＫｅｙ  ＯＮフラグを０にしてステップＳ１４に進む。ステップＳ１３ではステップＳ１０で連打と判定されたので、前記区間計数差分値を連打の変換テーブルを参照してＭＩＤＩなどの強弱データに変換しステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では単打または連打の音の強さで音源１５に発音指令を発行しステップＳ２１に進む。ここまでが押鍵に基づいて発音指令を発行する処理である。
【００４８】
次に離鍵されてシャッタが上方に復帰する場合の離鍵速度の検出と音源への消音指令について述べる。
【００４９】
ステップＳ２１ではＡ／Ｄコンバータ１０の出力と前回の出力との差分値が所定の閾値を超えて減少したか否かを判断し、所定の閾値を超えて減少した場合にはステップＳ２２に進み、所定の閾値を超えて減少していない場合には再度ステップＳ２１を行なう。ステップＳ２１でＡ／Ｄコンバータ１０の出力が所定の閾値を超えて減少したと判断したことは、鍵の押下位置が浅くなり光束がシャッタの透過膜の区間ｄ、区間ｃの境界を越えて区間ｃに入ったこと、すなわち離鍵過程に入ったことを意味する。
【００５０】
ステップＳ２２では上記の時点でのクロック計数値をメモリの３番地に記憶しステップＳ２３に進む。ステップＳ２３ではＡ／Ｄコンバータ１０の出力と前回の出力との差分値が所定の閾値を超えて減少したか否かを判断し、所定の閾値を超えて減少した場合にはステップＳ２４に進み、所定の閾値を超えて減少していない場合には再度ステップＳ２３の処理を行なう。ステップ２３でＡ／Ｄコンバータ１０の出力が所定の閾値を超えて減少したとことは、鍵の押下位置が浅くなり光束がシャッタの透過膜の区間ｃ、区間ｂの境界を区間ｂに入ったことを意味する。
【００５１】
ステップＳ２４でこの時点のクロック計数を４番地に記憶しステップＳ２５に進む。ステップＳ２５では４番地の値から３番地の値を減算して区間ｃ通過のクロック計数差分値で離鍵テーブルを参照して離鍵速度を求め、求めた鍵速度に対応する消音速度を示す消音指令を音源１５に発行する。本実施形態では離鍵のシーケンスでは単打、連打は区別せず、さらに、離鍵テーブルは連打テーブルで代用している。
【００５２】
ステップＳ２５が終了したときには光束はシャッタの透過膜の区間ｂにあるのでステップＳ３に戻る。
【００５３】
連打されて再び鍵の押下位置が深くなった場合にはステップＳ３からステップＳ５に進み、鍵の押下位置がさらに浅くなった場合にはステップＳ３からステップＳ４を介してステップＳ１に戻る。
【００５４】
以上に示したように、図３に示すような透明度が階段状に変化するシャッタを使用した場合、すなわち押鍵の深さが増すに従ってシャッタ６の透過膜の透明度が同一方向に段階的に変化する場合に、透明度が急激に変化するタイミングを正確に検出できるため、鍵の押下深さが特定の深さになるタイミングを検出する際に発光素子４の光量や受光素子５の感度のバラツキの影響を受けにくくなる。また、押下深さの変化に対して透明度は一方向にしか変化しないため、押下過程で鍵の押下方向が変化したとしても押下方向を間違えて検出することがない。
【００５５】
次に図７に示す透過膜の透明度が押鍵深さに対応して鋸歯状に変化するシャッタを使用した場合について述べる。図７に示す透過膜の特徴は、透明度が連続的に変化する区間では、いずれの区間でも透明度が押鍵深さに対して同じ方向に連続的に変化するとともに、これらの区間の間の境界では、いずれの境界でも透明度が押鍵深さに対してこの方向とは反対の方向に急激に変化することである。
【００５６】
図５の階段状シャッタと異なり押鍵してゆくと分割された夫々の区間内では光量は連続的に増大し、区間の境界で急激に減衰するので図５の階段状シャッタの場合とは異なった処理となる。更に、それぞれの区間内では押鍵に応じて光量が連続変化するので必要に応じて微細な変移を検知することができる。本実施形態では押鍵最終速度だけでなく、押し込んだ後の圧力の変化、いわゆるアフタータッチをシャッタ透過膜の図７に示す区間ｄの連続した傾斜で検出する。このため、図１に示す鍵のストッパ３の上端にはフェルトやゴムなどの緩衝材で弾力的に鍵１を受け止め、押鍵後の更なる押圧で鍵がさらに下がるようになっている。
【００５７】
以下、マイクロプロセッサ１２によって実行される処理を図１１に示すフローチャートに従って詳述する。
【００５８】
ステップＳ１０１からステップＳ１１４までの処理は押鍵過程におけるもので図１０に示したステップＳ１からステップＳ１４までの処理にそれぞれ対応するので詳細な説明を省略する。ただし、図５に示す階段状シャッタと異なり図７に示す鋸歯状のシャッタの場合には、押鍵が進むに従って区間内では光量は徐々に増大し、区間と区間の間の境界を通過する際には光量は急激に減少するので、境界を通過したか否かの判断をする処理内容が図１０に示すフローと図１１に示すフローとでは異なる。例えば光束がシャッタの透過膜の区間ａから境界を越えて区間ｂに入ったかどうかを判断するステップＳ１０１では、Ａ／Ｄコンバータ１０の出力と前回の出力との差分値が所定の閾値を超えて減少したか否かを判断する処理を行う。他の境界を通過したか否かを判断する処理も同様である。
【００５９】
ステップＳ１１５以降の処理が離鍵過程におけるものである。ステップＳ１１５ではＡ／Ｄコンバータ１０の出力と前回の出力との差分値が所定の閾値を超えて増大したか否かを判断し、所定の閾値を超えて増大した場合にはステップＳ１２１に進み、所定の閾値を超えて増大していない場合にはステップＳ１１８に進む。ステップ１１５でＡ／Ｄコンバータ１０の出力が所定の閾値を超えて増大したと判断したことは、鍵の押下位置が浅くなり光束がシャッタの透過膜の区間ｄ、区間ｃの境界を越えて区間ｃに入ったことを意味し、Ａ／Ｄコンバータ１０の出力が所定の閾値を超えて増大していない判断したことは、光束がシャッタの透過膜の区間ｄ内にあることを意味する。光束が区間ｄ内にある場合にアフタータッチに関する処理を行う。
【００６０】
ステップＳ１１８ではＡ／Ｄコンバータ１０の出力値をＭＩＤＩなどのアフタータッチ強度に変換してステップＳ１１９に進み、ステップＳ１１９では求めたアフタータッチ強度を音源１５に発行しステップＳ１１５に戻る。押鍵完了後のアフタータッチによる押鍵深さの変化は緩慢なので、押鍵過程中の押鍵深さの変化の検出に比べて長い周期でサンリングすることができる。このためアフタータッチに関する処理に関しては押鍵過程中の処理に比べ処理周期を長くするようにしてもよい。また、ステップＳ１１４で鍵１がストッパ３に衝突した際の緩衝材への押圧力をＡ／Ｄコンバータ１０から読み込んで打鍵直後の圧力データとして、先の押鍵速度と合わせて音源に発音指令をしてもよい。
【００６１】
ステップ１１５で鍵の押下位置が浅くなり光束がシャッタの透過膜の区間ｃに入ったと判断した場合には離鍵過程に入ったことを意味している。ステップＳ１２１からステップＳ１２４までの処理は図１０に示すステップＳ２２からステップＳ２５までの処理にそれぞれ対応するので詳細な説明は省略する。ただし、ステップ１２２における鍵の押下位置が浅くなり光束がシャッタの透過膜の間ｃ、区間ｂの境界を越えて区間ｂに入ったことを検出する処理はステップＳ２３の処理と処理内容が異なるが、原理はステップＳ１１５における処理と同じである。
【００６２】
なお、図１１の処理においては光束がシャッタの透過膜の区間ｃと区間ｂの境界を越えて区間ｂに入ったときに、区間ｃの通過速度に対応する離鍵速度に基づいて音源に消音指令を音源に発行しているが、消音指令を発行した後に消音中の楽音に対する指令は発行していない。これに代えて、光束がシャッタの透過膜の区間ｃと区間ｂの境界を越えて区間ｂに入ったときには、Ａ／Ｄコンバータ１０の出力値、すなわち鍵の押下位置に応じて消音速度指令を音源に発行するようにしてもよい。この場合、光束が区間ｂ内にある場合には鍵の押下位置が浅くなるほど速い速度で消音し、光束が区間ｂと区間ａの境界を越えて区間ａに入ったときには最大の速度で消音するとよい。ピアノでは押下されていた鍵が戻る際には鍵の押下位置がある程度まで浅くなった時点でダンパーが弦に接触し始め弦振動の減衰が速められる。鍵の押下位置がさらに浅くなるとダンパーの弦に対する接触圧力が増し減衰速度がさらに速くなる。前述の処理によりこのようなピアノにおける振る舞いを模擬できる。この場合、消音速度指令はＭＩＤＩの特性のコントロールチェンジとして音源に発行してもよいし、インディビジュアルアフタータッチとして音源に発行してもよい。
【００６３】
以上のように、図７に示すような透明度が繰り返し鋸歯状に変化するシャッタを使用した場合には、鍵の押下深さに対して透明度が連続的に変化している各区間においては鍵の押下位置を連続的に検出できる。また、透明度が連続的に変化している区間同士の境界においては鍵の押下深さに対して透明度が、区間内における変化方向と逆方向に急激に変化しているため、区間の境界の遷移も正確に検出できる。このため前記の境界を鍵の特定の押下深さに一致させておくことで、鍵の押下深さが特定の深さになるタイミングを検出する際に発光素子４の光量や受光素子５の感度のバラツキの影響を受けにくくなる。これにより押鍵速度、離鍵速度を正確に求めることができ、かつ、発音後の押鍵中の鍵の深さや離過程での鍵の深さの変化を刻々検出することもできる。
【００６４】
また透明度が繰り返し鋸歯状に変化するシャッタでは、透明度が連続的に変化している各区間で最も暗い光量から最も明るい光量までフルレンジで使うことができるので、鍵の深さの全行程を最も暗い光量から最も明るい光量に対応させたものに比べてダイナミックレンジを大きくとれる。従って、微小な区間でも正確に連続的に鍵の移動量を計測することができ、前記のアフタータッチのような連続的な時間変化や移動の方向を精度よく検出できる。また透明度が連続的に変化している区間同士の境界において光量の変化を大きくとれるため、境界の検出も容易となる。
【００６５】
なお、図７に示したシャッタに代えて、各区間で光量が段階的、すなわち概連続的に変化する図６に示すシャッタを使用するようにしてもよい。いずれの方式もシャッタの全区間が適当な小区間に分割され、その各小区間で光量がフルレンジで連続または階段状に変化し、区間の境界で急激な光量が不連続に変化するノッチをいれて検出の精度を改善することができる。特に鍵のように押鍵のストローク内で押鍵速度が重要な区間とその区間の両端での微小変位の検出が重要な場合に非常に効果的である。
【００６６】
前記の実施形態では１つの鍵の押下位置を求める例を示したが、多数の鍵の押下位置を発光、受光、検出などの処理を時分割で処理して求めることもできる。なお、このような時分割の処理は一般的で公知であるので説明は省略した。なお、図５に示した階段状シャッタを使用する場合には弁別すべきレベルが荒くても構わないなめ、受光素子の電流を変換するＡ／Ｄコンバータとして低い分解能ながら高速動作するものを利用できる。従って、１つのＡ／Ｄコンバータで多数の受光素子の出力を時分割で計測するのが容易になるという特長がある。
【００６７】
また、前記の実施の形態では発光素子を受光素子と１対１で対向させたが、１つの発光素子からの光を光学的に分配して複数の鍵で共有するようにしてもよい。また、前記の実施形態ではシャッタを鍵に直接取り付けるようにしたが、シャッタを鍵で駆動させるハンマーや鍵に連動する梃子に取り付けてもよい。
【００６８】
また、前記の実施形態では発光素子と受光素子との間の光経路に鍵の押下深さに応じて光の透過量を制御するシャッタを設けるようにしたが、発光素子と受光素子との間の光経路に鍵の押下深さに応じて光の反射量を制御する反射部材を設けるようにしてもよい。また、前記の実施形態では発光素子と受光素子の間に直接シャッタを配置するようにしたが、発光素子から受光素子の間の光経路に光ファイバを挿入してもよい。例えば、発光素子からの光を光ファイバを介してシャッタあるいは反射部材に導き、シャッタあるいは反射部材からの光を受光素子に導く。
【００６９】
また、押鍵深さの変化に対する透過量あるいは反射量の変化特性は前記の実施形態のものと逆の特性とすることもできる。
【００７０】
前記の実施形態では発光素子に接続したＤ／Ａコンバータを介してマイクロプロセッサが発光素子に流れる電流を制御することにより、発光素子、受光素子の個体差や温度変化による偏差を補正するができる。前記の実施態様に示したシャッタは何れも押鍵されていない状態では最も低い透過度となっているが、押鍵深さの変化に対するシャッタの透明度の変化する特性を前記の実施形態のものと逆の特性とし、押鍵されていない状態で最も高い透過度とするようにしてもよい。この場合には、押鍵待機時に発光素子の光量、受光素子の感度を測定、調整することができる。更に、発光素子に流れる電流の節電や長寿命化のためには、上記時分割点灯以外に、押鍵待機時には発光素子の電流を抑制しておきＡ／Ｄコンバータ１０が僅かな変化でも検出したら発光素子の電流を定常の発光量に復帰させ、所定時間以上演奏されない場合は発光素子の電流を抑制してスリープ状態にしてもよい。
【００７１】
前記の実施形態においては、操作位置の検出対象の操作部材として鍵を取り上げたが、ペダルやレバーなど鍵以外の操作部材に本発明を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施形態における鍵、発光素子、受光素子およびシャッタの関係を示す図である。
【図２】図１の発光素子、受光素子、発光素子に取り付けられたレンズと受光素子、発光素子およびシャッタの関係を示す図である。
【図３】図１のシャッタの透過膜の透明度の変化特性を示す図である。
【図４】図１のシャッタの透過膜の透明度の別の変化特性を示す図である。
【図５】図３の透過膜を有するシャッタが鍵の動作に連動して移動した際に受光素子に流れる電流の変化を示す図である。
【図６】図４の透過膜を有するシャッタが鍵の動作に連動して移動した際に受光素子に流れる電流の別の変化を示す図である。
【図７】図示しない透過膜を有するシャッタが鍵の動作に連動して移動した際に受光素子に流れる電流のさらに別の変化を示す図である。
【図８】図１の発光素子、受光素子およびシャッタを有する操作位置検出装置における電気的構成を示したブロック図である。
【図９】図８のマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）が使用する区間計数差分値を押鍵速度（音の強さ）に変換する変換テーブルを示すである。
【図１０】図５のシャッタを使用した場合に図８のマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）が行う処理内容を示すフローチャートである。
【図１１】図７のシャッタを使用した場合には図８のマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）が行う処理内容を示すフローチャートである。
【図１２】従来の電子楽器における鍵スイッチである。
【図１３】従来の電子楽器におけるシャッタである。
【図１４】図１３のシャッタと発光素子、受光素子の関係を示す図である。
【図１５】図１４の受光素子の受光量の変化を示す図である。
【図１６】図１４の受光素子の受光量の変化を示す図である。
【図１７】図１３のシャッタの拡大図である。
【図１８】図１４のシャッタに対して相対的に動く受光素子の動きを示している。
【図１９】図１４のシャッタに対して相対的に動く受光素子の動きを示している。
【図２０】図１８の受光素子の動きに対応する光量変化を示している。
【符号の説明】
【００７３】
１  鍵
４  発光素子
４−１  レンズ
５  受光素子
５−１  レンズ
６  シャッタ
１０  Ａ／Ｄコンバータ
１２  マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）
【図１】
0005209287.tif 000002
【図２】
0005209287.tif 000003
【図５】
0005209287.tif 000004
【図６】
0005209287.tif 000005
【図７】
0005209287.tif 000006
【図８】
0005209287.tif 000007
【図９】
0005209287.tif 000008
【図１０】
0005209287.tif 000009
【図１１】
0005209287.tif 000010
【図１２】
0005209287.tif 000011
【図１３】
0005209287.tif 000012
【図１４】
0005209287.tif 000013
【図１５】
0005209287.tif 000014
【図１６】
0005209287.tif 000015
【図１７】
0005209287.tif 000016
【図１８】
0005209287.tif 000017
【図１９】
0005209287.tif 000018
【図２０】
0005209287.tif 000019
【図３】
0005209287.tif 000020
【図４】
0005209287.tif 000021